TEMA No. 2 TIPOS DE FRICCION QUE SE PRESENTAN EN LOS ELEMENTOS DE LA MAQUINA. Fricción
La fricción es el movimiento relativo entre dos superficies cualquiera en contacto directo. Fricción deslizane.
Se produce produce cuando cuando dos superfi superficies cies cualesqu cualesquiera iera entran entran en contacto contacto directo directo se deslizan una sobre otra sin lubricación. Aun así, la superficie superficie u objeto por el cual otro se desliza tiene la ayuda de no ser completamente liso, sino que tiene asperezas. Dependiendo de estas corrugadas superficies se va a poder saber la fuerza que se va a emplear para superar la resistencia del roce por deslizamiento. n muc!os procedimientos tecnológicos se utiliza la lubricación para reducir el rozamiento. "tra manera de disminuir la fricción es la modificación superficial, que se obtie obtiene ne cuand cuando o se remue remueve ven n #tomos #tomos o mol$c mol$cula ulas s de la super superfic ficie ie de un material. %or ejempl ejemplo, o, este este tipo tipo de fricc fricció ión n se ve cotid cotidia iana namen mente te en prese presente nte en los los pistones, en los descansos de planos o en su mismo eje. "tro claro ejemplo es el cojinete de deslizamiento, donde dos casquillos tienen casquillos tienen un movimi movimient ento o relat relativo ivo en conta contacto cto direc directo, to, gene gener# r#ndo ndose se un desli desliza zamie miento nto con con fricción. &A'A&(')S()&AS •
*+ Superfic rficie ie de contac tacto con irregularidades asperezas etc.+
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-+ Superficie !orizontal lisa.
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l roce por deslizamiento se va a presentar presentar proporcional a la fuerza normal entre las superficies de contacto.
squema de dos piezas que se deslizan una sobre la otra con película de aceite. • *+ piezas met#licas •
-+película de aceite
Fricción !or rodad"ra.
La fricción por rodadura aparece cuando el cuerpo que rueda, o la superficie sobre la que rueda, se deforman, aunque sólo sea ligeramente, a causa de las grandes presiones eistentes en los puntos de contacto.
La fricción a la rodadura se presenta cuando un cuerpo rueda sobre una superficie, deform#ndose uno de ellos, o ambos.
n este caso el cuerpo est# representado por el /neum#tico0 del automóvil y la resistencia es la superficie /pavimento0.
&aracterísticas.
Despu$s de unos 1ilómetros los neum#ticos tienden a2 • • • • •
&alentarse Debido a las deformaciones de la superficie en la que gira el neum#tico. Aplastamiento sufrido en cada giro y en cada frenada. %eso o carga a la que se somete cada rueda. %resión de las ruedas l radio de la rueda.
Fricción !or roación.
Se presentan durante el movimiento relativo de rotación entre los elementos sólidos de un sistema tribológico. 3n claro ejemplo soldadura por fricción, se obtiene rotando un componente aialmente sim$trico contra otro est#tico y bien sujeto, aplicando una cierta cantidad de fuerza. Despu$s de unos segundos, el punto de unión alcanza la temperatura óptima cesando la rotación y aplicando una mayor cantidad de fuerza que forja y consolida la unión. Durante el proceso se combinan los par#metros velocidad de rotación, desplazamiento, tiempo, temperatura y fuerza para obtener la soldadura de los diversos materiales.
Las características de la fricción por rotación en la soldadura por fricción rotativa son2 •
ficiente en t$rminos de energía en comparación a los procesos de
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soldadura m#s competitivos. 4o se requiere de consumibles como el !ilo de relleno, flu. )ncluso para los materiales medioambientalmente tan sensibles como el
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titanio.
Fricción co#$inada.
s un estado de fricción integrado por lo menos por dos estados de fricción, que se presentan simult#neamente en un sistema tribológico. La fricción mita, formada por los estados de fricción sólida y fluida se encuentra ampliamente difundida en la pr#ctica industrial, sobre todo en aquellas uniones tribo5t$cnicas que se caracterizan por bajas velocidades y grandes. Durante la fricción mita, las propiedades de los materiales elasticidad+, que constituyen a la unión, juegan un papel de primer orden. La magnitud del coeficiente de fricción mita varía entre 6,67 y 6,6-.
&aracterísticas2 •
s un estado de fricción integrado por al menos - estados de fricción que
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se presentan simult#neamente en un sistema tribológico. Se caracteriza por bajas velocidades y grandes cargas. Se encuentra ampliamente en difundida en la pr#ctica industrial.
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Fór#"las !ara calc"lar% •
8ricción
La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tama9o de la superficie de contacto entre los dos cuerpos, pero sí depende de cual sea la naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la formen y si es m#s o menos rugosa. La magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre los dos cuerpos, es decir2 Fr & #'N
Donde (e es lo que conocemos como coe)iciene de roza#ieno .
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8ricción est#tica deslizante
s la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento. Sobre un cuerpo en reposo al que se aplica una fuerza !orizontal F, intervienen cuatro fuerzas2 F2 la fuerza aplicada. Fr 2 la fuerza de rozamiento entre la superficie de apoyo y el cuerpo, y que se opone al deslizamiento. P2 el peso del propio cuerpo, igual a su masa por la aceleración de la gravedad. N2 la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo sosteni$ndolo. Dado que el cuerpo est# en reposo la fuerza aplicada y la fuerza de rozamiento son iguales, y el peso del cuerpo y la normal2 P&N * F&Fr Se sabe que el peso del cuerpo P es el producto de su masa por la aceleración de la gravedad g+, y que la fuerza de rozamiento es el coeficiente est#tico por la normal2
esto es2 La fuerza !orizontal F m#ima que se puede aplicar a un cuerpo en reposo es igual al coeficiente de rozamiento est#tico por su masa y por la aceleración de la gravedad.
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8ricción est#tica de rotación
&uando un cuerpo rueda sin deslizar, la fuerza de rozamiento est#tica no produce trabajo alguno. sta fuerza como vamos a ver puede tener el sentido del movimiento del centro de masa o el sentido opuesto. Supongamos que una fuerza eterna F act:a a una distancia r+R por encima del centro de masas de una rueda. l punto P de contacto entre la rueda y el plano tiende a deslizar. iste en dic!o punto una fuerza de rozamiento Fr ,es-ica con un valor límite # eN, que act:a en P para oponerse a que dic!o punto o línea de contacto+ deslice. N es la reacción del plano sobre la rueda. sta fuerza de rozamiento Fr se puede calcular a partir de las ecuaciones del movimiento a F/Fr &#'ac $ F'r0Fr 'R&Ic'a
Adem#s, de la condición de rodar sin deslizar+ ac&a 'R
&onsideremos que el cuerpo que rueda es un cilindro o un disco de masa # y de radio R, cuyo momento de inercia respecto de a su eje de simetría es Ic&#R2 *21 'esolviendo las ecuaciones anteriores, obtenemos2
n la figura se muestra el vector 8 r cuando r ;6, r ;R/2 y r ;R .
%ara que la rueda se mantenga rodando sin deslizar se debe de cumplir que el valor absoluto de la fuerza de rozamiento est#tico 8 r sea menor que el valor límite me4
|F r |≤ µ e N con N=mg . Si el coeficiente de rozamiento est#tico < e es tal que
l cilindro rodar# sin deslizar. n caso contrario, el cilindro rodar# y deslizar# a la vez bajo la acción de la fuerza 8. Analicemos esta situación
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8ricción din#mica de movimiento deslizante
s aquella que aparece cuando un objeto se desliza sobre otro= la superficie de contacto !ace una fricción opuesta !acia donde estemos !ablando, dependiendo del material de las superficies varia la fricción un objeto liso casi no presenta fricción.
La fórmula para calcular dic!a fricción es la siguiente2 F&(3N Donde% N2 la fuerza normal, con la que la superficie reacciona sobre el cuerpo sosteni$ndolo. (2 se denomina coeficiente de fricción din#mico.
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8ricción din#mica en movimiento de rotación
n din#mica se !a afirmado que la fuerza de rozamiento se opone al movimiento del cuerpo. l sentido de dic!a fuerza es opuesto al de la velocidad. &oncluyendo así que esta fuerza de rozamiento din#mica produce un trabajo negativo que !ace que disminuya la energía total de la partícula. Si ac>a ', entonces v %>6. La fuerza de rozamiento din#mica f;< 1?mg es de sentido contrario a v %. Las ec"aciones del #o4i#ieno son
%ara que a c@a ', se tiene que cumplir que2
